特征造型技术是新一代CAD/CAM集成系统的关键技术之一，是产品模型设计的核心。参数化技术和变量化技术是提高特征造型系统设计效率的两种主要方法，基于特征的参数化技术和变量化技术已成为当今CAID系统的主要依赖手段。自主开发的HUST-CAID(哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计系统)系统就是一种基于参数化技术的特征造型系统。研究此系统可发现，参数化特征造型在三维造型中有其固有的缺陷，因此有必要在此系统的基础上，进行变量化特征造型的研究。本文提出以变量化方式处理三维约束。通过提取边界表示和特征定义中隐含的约束信息来自动生成三维几何约束模型，提出了一个可供求解的约束模型。介绍了特征装配法，将三维约束划分为定位约束和定形约束，其中定位约束确定特征位置而定形约束确定特征形状。提出尺寸映射法，通过由特征编码机制维护的拓扑元素和草图元素之间的对应关系，将三维尺寸映射为二维草图约束，通过求解草图约束，使三维尺寸间接得到满足，从而将三维约束满足问题转化为相对容易处理的二维约束满足问题。为克服定形约束不能表示复杂特征的困难，本文使用用户自定义特征来表示复杂特征，实现了对简单特征的封装，简化了设计人员的造型操作。约束求解引擎必须具有从变量层次求解约束方程组的能力，因而本文研究了工程约束求解过程。先使用二分图最大匹配调整约束方程与自变量之间的匹配关系，然后将匹配结果映射为工程约束图，通过对工程约束图进行强连通分量凝聚和拓扑排序，得到求解序列。并简单介绍了约束方程组求解的一致性分析。最后提出了一个系统模型，论述了它的结构与功能，并通过应用实例验证了研究成果的正确性和有效性。